I den elektroniska förpackningsprocessen är keramiska substrat kritiska komponenter. Att minska antalet defekter hos keramiska substrat är av stor betydelse för att förbättra kvaliteten på elektroniska enheter. Det finns dock för närvarande inga nationella eller industristandarder för prestandatestning av keramiska substrat, vilket innebär vissa svårigheter för företagsproduktion och produktfrämjande.
För närvarande inkluderar de viktigaste prestandaindikatorerna substratets utseende, mekaniska egenskaper, termiska egenskaper, elektriska egenskaper, förpackningsprestanda (arbetsprestanda) och tillförlitlighet.
Utseendeinspektion
Inspektion av keramiskt substrats utseende använder vanligtvis visuell inspektion eller optisk mikroskopi. Inspektionsobjekt inkluderar om det keramiska underlaget har sprickor eller tomrum, och om metallskiktets yta har repor, flagningar eller fläckar. Dessutom är dimensionerna på det keramiska substratet, tjockleken på metallskiktet, ytans planhet (skevning) av substratet och noggrannheten hos substratets ytmönster alla viktiga aspekter som kräver noggrann inspektion. Speciellt för flip-chip- och hög-densitetsförpackningar krävs att ytans planhet i allmänhet är mindre än 0,3 %.
Under de senaste åren, med den kontinuerliga utvecklingen av datorteknik och bildbehandlingsteknik, och de stigande arbetskostnaderna för företag, fokuserar företagen alltmer på tillämpningen av artificiell intelligens och maskinseendeteknik vid omvandling och uppgradering av tillverkning. Maskinseende-baserade detektionsmetoder och utrustning blir gradvis ett viktigt sätt att förbättra produktkvaliteten och öka avkastningen. Därför kan användning av maskinseendedetektionsutrustning för inspektion av keramiska substrat förbättra detekteringseffektiviteten, minska arbetskostnaderna och har ett bra appliceringsvärde.
Mekanisk prestandatestning
De mekaniska egenskaperna hos keramiska substrat hänvisar huvudsakligen till bindningsstyrkan hos metallkretsskiktet, som representerar vidhäftningsstyrkan mellan metallskiktet och det keramiska substratet, och direkt bestämmer kvaliteten på efterföljande enhetsförpackning (formbindningsstyrka och tillförlitlighet, etc.). Vidhäftningsstyrkan hos keramiska substrat framställda med olika metoder varierar avsevärt. Plana keramiska substrat framställda med hög-temperaturprocesser (såsom TPC, DBC, etc.) har en högre bindningsstyrka eftersom metallskiktet och det keramiska substratet är förbundna med kemiska bindningar. Emellertid är keramiska substrat framställda med låg-temperaturprocesser (som DPC-substrat) huvudsakligen beroende av van der Waals-krafter och mekanisk sammanlåsning, vilket resulterar i lägre bindningsstyrka.
Testmetoder för metalliseringshållfastheten hos keramiska substrat inkluderar:
[Bild]
Schematisk bild av skjuvhållfasthetstest/draghållfasthetstest
(1) Tejpmetod: En bit tejp fästs ordentligt på metallskiktets yta och en gummirulle används för att rulla över den för att ta bort luftbubblor inuti bindningsytan. Efter 10 sekunder appliceras en kraft vinkelrätt mot metallskiktet för att dra av tejpen, och det kontrolleras om metallskiktet lossnar från substratet. Tejptestet är en kvalitativ testmetod.
(2) Trådbindningsmetod: En metalltråd med en diameter på 0,5 mm eller 1,0 mm väljs och svetsas direkt till substratets metallskikt genom smältlod. Sedan används en kraftmätare för att mäta dragkraften- av metalltråden i vertikal riktning.
(3) Skalhållfasthetsmetod: Metallskiktet på ytan av det keramiska substratet etsas (skärs) till 5 mm till 10 mm långa remsor och skalas sedan av i vertikal riktning med hjälp av en skalhållfasthetstestare för att mäta dess skalhållfasthet. Skalningshastigheten måste vara 50 mm/min, och mätfrekvensen är 10 gånger/s.
Termisk prestanda
Keramiska substrats termiska prestanda inkluderar huvudsakligen värmeledningsförmåga, värmebeständighet, värmeutvidgningskoefficient och värmebeständighet. Keramiska substrat spelar huvudsakligen en värmeavledningsroll i enhetsförpackningar, så deras värmeledningsförmåga är en viktig teknisk indikator; värmebeständigheten testar huvudsakligen om det keramiska substratet deformeras eller deformeras vid höga temperaturer, om ytmetallkretsskiktet oxiderar, missfärgas, blåsor eller delamineras och om de inre genomgående-hålen misslyckas.
De termiska konduktivitetsegenskaperna hos keramiska substrat är inte bara relaterade till den termiska konduktiviteten hos det keramiska substratmaterialet (bulk termiskt motstånd), utan också nära relaterade till materialgränssnittsbindningen (gränssnittskontaktvärmemotstånd). Användning av en termisk resistanstestare (som kan mäta bulk termisk resistans och gränssnitts termisk resistans för flerskiktsstrukturer) kan därför effektivt utvärdera värmeledningsförmågan hos keramiska substrat.
Elektrisk prestanda
Den elektriska prestandan hos keramiska substrat hänvisar huvudsakligen till om metallskikten på fram- och baksidorna av substratet är ledande (om den inre genomgående-hålkvaliteten är bra). På grund av den lilla diametern på de genomgående-hålen i DPC-keramiska substrat kan defekter som ofullständig fyllning och lufthål uppstå under galvanisering. I allmänhet kan en röntgentestare (kvalitativ, snabb) och en flygande sondtestare (kvantitativ, billig) användas för att utvärdera kvaliteten på de genomgående-hålen i keramiska substrat.
Förpackningsprestanda
Förpackningsprestandan för keramiska substrat avser främst lödbarhet och lufttäthet (begränsat till tre-dimensionella keramiska substrat). För att förbättra trådbindningshållfastheten är ett lager av Au eller Ag eller andra metaller med goda svetsegenskaper i allmänhet elektropläterade eller kemiskt pläterade på ytan av det keramiska substratets metallskikt (särskilt dynorna) för att förhindra oxidation och förbättra trådbindningskvaliteten. Lödbarhet mäts i allmänhet med hjälp av en aluminiumtrådbindningsmaskin och en dragprovare.
Chipet är monterat i hålrummet på ett tre-dimensionellt keramiskt substrat, och hålrummet förseglas med en täckplatta (metall eller glas) för att uppnå hermetisk förpackning av enheten. Dammmaterialets och svetsmaterialets hermeticitet bestämmer direkt hermeticiteten hos enhetsförpackningen, och hermeticiteten hos tre-dimensionella keramiska substrat framställda med olika metoder varierar i viss utsträckning. De huvudsakliga testerna för tre-dimensionella keramiska substrat fokuserar på hermeticiteten hos dammmaterialet och strukturen, i första hand med användning av bubblor med fluorkololja och heliummasspektrometermetoden.